V. Описание установки и метода измерения

Скорость звуковых волн в воздухе можно определить с помощью установки, схема которой приведена на рисунке 4.

ЗдесьL стеклянная трубка с системой свободно перемещающихся по ней колец-визиров , сообщающаяся резиновым шлангом с сосудомK. При помощи тройника T к сосуду K присоединён насос H. На свободный конец тройника одета короткая резиновая трубка N с зажимом З. Над открытым концом трубки L укреплён телефон, катушка электромагнита которого соединена с вы­ходными клеммами генератора звуковых колебаний ЗГ.

Образованные телефоном волны будут распространяться вдоль воздушного столба до поверхности воды, от которой отразятся и пойдут в обратном направлении. Две встречные системы волн складываясь, образуют в трубке L стоячую волну. На рисунке 5 стоячая волна изображена в виде двух сдвинутых синусоид.

Точки поверхности воды, деформирующейся значительно слабее воздуха, можно считать неподвижными, т.е. здесь всегда будет узел стоячей волны. Вдоль поверхности телефона, являющимся источником колебаний, должна быть пучность стоячей волны. Поэтому стоячая волна в трубке L может возникнуть лишь в том случае, если на высоте воздушного столба уложится нечётное число четвертей длин волн, т.е.:

, (17)

где n = 0, 1, 2,

Возникновение стоячей волны сопровождается резким усилением звука. Столб воздуха в этом случае можно рассматривать как вибратор, частота которого совпадает с частотой источника звуковых ко­лебаний, благодаря чему он резонирует и усиливает колебания.

Обозначим через расстояние между двумя последовательными положениями поверхности воды, при которых наблюдается резонанс. Так как

и ,

где - скорость распространения звуковых волн в газе и частота источника, получим:

. (18)

VI. Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений Техника безопасности

1. К проведению работ допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

2. При выполнении работы необходимо соблюдать меры предосторожности, не касаться проводников и контактов без изоляции.

Помните! Высокое напряжение опасно для жизни!

3. При возникновении аварийной ситуации необходимо выключить электропитание установки.

4. После окончания измерений выключить и обесточить установку.

ЗАДАНИЕ 1: Определить скорость распространения звуковых волн в воздухе

1. Включить генератор ЗГ, при этом загорается сигнальная лампочка. По указанию преподавателя установить частоту напряжения, подаваемого с генератора на телефон, и «регулятором выхода» добиться такой громкости сигнала, чтобы он незначительно превышал уро­вень шума в лаборатории.

2. Перекрыть трубку N зажимом. Нагнетая воздух насосом в сосуд K поднять уровень воды и трубке L.

3. Ослабить зажим З, добиваясь медленного опускания уровня воды. При выполнении условия (17) будет наблюдаться резонанс - резкое усиление звуковых колебаний. Положения уровня воды при резонансе нужно последовательно фиксировать при помощи кольцевых визиров.

4. Измерить линейкой расстояние между соседними визирами (рис. 5), Найти среднее значение расстоянияи определить погрешность измерения , учитывая систематическуюи случайнуюошибки измерений. Результат представить в виде

5. По формуле (18) определить среднее значение скорости звуковых волн в воздухе и по формуле

найти погрешность измерения. Здесь - систематическая ошибка.

Записать результат

.

6. Из формулы (12) найти показатель адиабаты , для воздуха учитывая, чтоМ = 29·кг/моль. Считая воздух двухатомным газом; определить теоретическое значениеи сравнить его с полученным лабораторным путём.